美國時間17日，美國賓州州立大學(Penn State)研究團隊於國際頂尖材料科學期刊《Advanced Functional Materials》發表最新重大突破。團隊成功將人工合成DNA與鈣鈦礦(Perovskite)半導體結合，開發出一款能同時進行資料儲存與運算的新型「生物混合記憶體(bio-hybrid memory device)」。該元件已申請專利保護，其運作能耗大幅降低至現行技術的百分之一，且儲存密度遠超傳統隨身碟，有望改寫人工智慧運算與次世代電腦的節能藍圖。

隨著人工智慧(AI)模型的規模爆發，運算與儲存所帶來的龐大電能消耗，已成為科技界急需克服的瓶頸。在傳統電子元件中，儲存愈多的資訊往往意味著必須消耗更多電能。

為突破此局限，科學界將目光投向自然界生物體內的資訊載體—DNA，因為僅僅1公克的DNA，就能容納高達2.15億GB的數據。然而，天然的DNA具備長且極易纏繞的分子鏈特性，這使得科學家極難將其精準排列於微小的半導體晶片上。

由賓州州立大學團隊主導的這項研究，改用短小且剛硬的人工合成DNA分子序列。研究團隊表示，由於合成DNA的長度與結構皆可量身打造，研究團隊得以在微觀尺度下，以極高精準度對其進行排列。

研究團隊採用了「摻雜(doping)」技術，在客製化的合成DNA序列層中加入「銀奈米顆粒(silver nanoparticles)」。這項步驟不僅讓原本不導電的DNA具備優異的電導率，更促使其分子單元在薄膜結構中排列得更加井然有序。

研究團隊表示，當摻雜了銀的合成DNA與具備電子特性的鈣鈦礦半導體薄膜疊加結合後，兩者便建構出了一條高效能的「生物混合導電路徑」，能精確引導晶片內的電流流量。

這項創新設計成功讓元件轉化為具備記憶功能的「憶阻器(memristor)」。它不僅能在電源關閉時完好保存前次的電流活動紀錄，實現非揮發性儲存，更克服了傳統晶片因空間和電能限制所導致的低效率。

研究人員發現，該元件在施加低於0.1伏特(Volt)的極低電壓下，電子便能穩定移動，且當改變電流方向時，元件也能展現出精準且具可預測性的響應。

團隊指出，該元件在接近華氏250度(約攝氏121度)的高溫環境下仍能持續穩定運作，且在室溫環境下放置超過六週後依然功能完好，表現大幅超越現有鈣鈦礦記憶儲存元件的性能標準。

在功耗表現上，新系統在執行與現行同類技術相同的記憶功能時，僅需消耗十分之一的電能，若是與傳統的快閃記憶體(Flash Drive)相比，這項DNA混合技術能將功耗降到原先的百分之一。這種突破性的超高能源效率，將使該技術在未來處理海量數據且要求低能耗的電子設備與大型AI資料中心中極具應用潛力。
 

資料來源： https://www.sciencedaily.com/releases/2026/08/260816044853.htm

(編譯/實習記者 洪翊程)